基本有机化工工艺学

1、第二章 化工资源及初步加工 第一节第一节 化学矿化学矿 第二节第二节 煤炭煤炭 第三节第三节 石油石油 第四节第四节 天然气天然气 第五节第五节 其他化工资源其他化工资源矿产资源矿产资源引引 言言 化工资源包括以下几种：化工资源包括以下几种： 1.矿产资源矿产资源：（：（主要原料来源），化学矿、煤炭、石油、主要原料来源），化学矿、煤炭、石油、天然气。天然气。 2.海洋资源：处于开创阶段，但潜力巨大海洋资源：处于开创阶段，但潜力巨大 3.农林牧渔产品及其他副产物：难以减少规模较大的工农林牧渔产品及其他副产物：难以减少规模较大的工业生产装置。业生产装置。 4.空气、水空气、水第一节第一节 化学矿化

2、学矿一一.中国化学矿资源中国化学矿资源 中国化学矿资源丰富。已探明储量的有中国化学矿资源丰富。已探明储量的有20多个矿多个矿种。种。 黄铁矿黄铁矿、自然硫、硫化氢气藏、磷矿、自然硫、硫化氢气藏、磷矿、钾盐钾盐、钾长石、明矾石、钾长石、明矾石、蛇纹石、石灰岩、硼矿、芒硝、天然碱、石膏、钠硝石、镁盐、蛇纹石、石灰岩、硼矿、芒硝、天然碱、石膏、钠硝石、镁盐、沸石岩、重晶石、碘、溴、砷、硅藻土、天青石。沸石岩、重晶石、碘、溴、砷、硅藻土、天青石。钾盐钾盐芒硝芒硝二二.中国化学矿资源的特点和分布中国化学矿资源的特点和分布 1.资源比较丰富，但分布不均。资源比较丰富，但分布不均。 磷矿：世界第四磷矿：世界

3、第四 黄铁矿：黄铁矿： 明矾石：明矾石： 钾矿：钾矿：2.高品位矿储量比较少。高品位矿储量比较少。3.选矿比较困难，利用较为复杂。选矿比较困难，利用较为复杂。黄铁矿FeS2磷矿明矾石明矾三三.矿产资源利用对策矿产资源利用对策(不讲不讲) 1.加强矿石采选技术的研究，走人工富集的道路加强矿石采选技术的研究，走人工富集的道路 2.加强矿产的综合利用技术研究，尽量从综合体或加强矿产的综合利用技术研究，尽量从综合体或 复盐中提炼出有用的副产品以提高开采企业的经复盐中提炼出有用的副产品以提高开采企业的经 济效益济效益 3.针对中国现有矿藏品位低，运输费用高，因而经针对中国现有矿藏品位低，运输费用高，因而

4、经 济效益不好的现实状况，国家允许从国外进口高济效益不好的现实状况，国家允许从国外进口高 品位的矿石。品位的矿石。第二节第二节 煤炭煤炭引言引言 世界煤炭储量：世界煤炭储量：1.6Tt（1990.1.1，世界能源机构公布），世界能源机构公布） 人均：人均：312t 中国煤炭资源：比石油和天然气丰富，可供开采的量为中国煤炭资源：比石油和天然气丰富，可供开采的量为0.1145Tt，占世界可供开采量的，占世界可供开采量的12.6%，据世界第三位据世界第三位。2008年的开采量达年的开采量达2.76Gt，据世界第一位。，据世界第一位。 煤炭在煤炭在20世纪世纪50年代前：曾是制取有机化学品的主要资源。

5、年代前：曾是制取有机化学品的主要资源。有机化学工业是以煤电石乙炔为基础建立起来的有机化学工业是以煤电石乙炔为基础建立起来的。 20世纪世纪50年代后：逐渐被石油和天然气取代。年代后：逐渐被石油和天然气取代。 有机化学工业主要由石油和天然气为原有机化学工业主要由石油和天然气为原料制得。但随着石油资源的日益枯竭，料制得。但随着石油资源的日益枯竭，煤化煤化工和天然气化工将会取代石油化工工和天然气化工将会取代石油化工，或为获，或为获取有机化学品的主要来源，有机化学工业也取有机化学品的主要来源，有机化学工业也会发生质的飞跃。会发生质的飞跃。 一一.煤的种类和特征煤的种类和特征1.煤的种类煤的种类 a.腐

6、植煤腐植煤 由由高等植物形成高等植物形成的煤，在自然界中分布最广。的煤，在自然界中分布最广。又可细分为又可细分为泥炭，褐煤，烟煤和无烟煤泥炭，褐煤，烟煤和无烟煤。 b.残植煤残植煤 由高等植物中稳定组分富集而形成的煤。在自由高等植物中稳定组分富集而形成的煤。在自然界中分布不广，储量也不大。然界中分布不广，储量也不大。 c.腐泥煤腐泥煤 主要由湖沼，泻湖中的主要由湖沼，泻湖中的藻类等浮游生物藻类等浮游生物在还原在还原环境下经过腐败而形成的。储量不多，研究也比较少，环境下经过腐败而形成的。储量不多，研究也比较少，可细分为可细分为藻煤，胶泥煤、油页岩、石煤藻煤，胶泥煤、油页岩、石煤等。等。 d.其他

7、其他 由藻类和较多的腐植煤形成的煤，称为腐植腐泥由藻类和较多的腐植煤形成的煤，称为腐植腐泥煤，储量也不多，如烛煤、精煤煤，储量也不多，如烛煤、精煤。油页岩2.煤的特征煤的特征 a.腐植煤类和腐泥煤类的主要特征见表腐植煤类和腐泥煤类的主要特征见表 腐植煤类和腐泥煤类的几种重要特征腐植煤类和腐泥煤类的几种重要特征b.各种腐植煤的特征，腐植煤又可细分为各种腐植煤的特征，腐植煤又可细分为泥炭，泥炭，褐煤，烟煤和无烟煤褐煤，烟煤和无烟煤四大类：四大类：（1）泥炭，又称草炭，呈棕褐色或黑褐色。）泥炭，又称草炭，呈棕褐色或黑褐色。（2）褐煤，大多呈褐色或暗褐色）褐煤，大多呈褐色或暗褐色（3）烟煤，呈灰黑色至

8、黑色，分为）烟煤，呈灰黑色至黑色，分为长焰煤、气煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤肥煤、焦煤、瘦煤。（4）无烟煤，俗称）无烟煤，俗称白煤或红煤白煤或红煤，呈灰黑色，有金属，呈灰黑色，有金属光泽。光泽。（5）其他）其他泥炭无烟煤烟煤褐煤褐煤石墨石墨二二.煤的化学组成或分子结构煤的化学组成或分子结构1.煤的化学组成煤的化学组成 煤中有机物主要有煤中有机物主要有C,H,O及少量的及少量的N,S和和P构成。构成。煤的元素组成煤的元素组成2.煤的分子结构煤的分子结构 煤的分子结构以煤的分子结构以芳核芳核为主，配以烷基侧链和含氧，为主，配以烷基侧链和含氧，含氮，含硫基团，近似组成为含氮，含硫基团，近似组成

9、为(C135H97O9NS)mO低挥发烟煤褐煤OHCH2CHOHCH2COOCH2CCH2OHOH3COOH2COCHOHCHCOOHO高挥发烟煤CH2OH次烟煤CH2OHOHCH3HO无烟煤OO不同类型煤的基本结构单元示意图不同类型煤的基本结构单元示意图三三.腐植煤的生成过程及岩相组成（不讲）腐植煤的生成过程及岩相组成（不讲）1.腐植煤的生成过程腐植煤的生成过程 A.聚煤期聚煤期 a.古生代的石炭纪和三叠纪，造煤植物主要是古生代的石炭纪和三叠纪，造煤植物主要是孢子植物孢子植物 b.中生代的侏罗纪和白垩纪，造煤植物主要是中生代的侏罗纪和白垩纪，造煤植物主要是裸子植物裸子植物 c.新生代的第三纪

10、，造煤植物主要是新生代的第三纪，造煤植物主要是被子植物被子植物水藻地衣苔藓蕨类植物孢子植物孢子植物B.成煤条件成煤条件 a.具有均匀的温度和潮湿的气候具有均匀的温度和潮湿的气候 b.地形起伏易形成大的沼泽。地形起伏易形成大的沼泽。 c.地壳运动速度与死亡植物堆积速度相适应地壳运动速度与死亡植物堆积速度相适应C.成煤阶段成煤阶段 a.泥炭化阶段泥炭化阶段 堆积在沼泽中的植物残体，逐渐与空气隔绝，经历堆积在沼泽中的植物残体，逐渐与空气隔绝，经历弱氧化环境弱氧化环境，喜氧菌分解植物残体，然后进入还原环境，喜氧菌分解植物残体，然后进入还原环境，在厌氧菌作用下，将泥炭中的含氧基团分解，煤被还原。在厌氧菌

11、作用下，将泥炭中的含氧基团分解，煤被还原。b.煤化阶段煤化阶段（1）成岩作用阶段）成岩作用阶段 泥炭被压实，脱水，增炭，孔隙度下降并逐渐固结，由无定形不泥炭被压实，脱水，增炭，孔隙度下降并逐渐固结，由无定形不均质的均质的泥炭逐步转化为岩石状的褐煤泥炭逐步转化为岩石状的褐煤，这一阶段称为成岩作用阶段。，这一阶段称为成岩作用阶段。（2）变质作用阶段）变质作用阶段 由褐煤转变为更高级煤的阶段是变质作用阶段。由褐煤转变为更高级煤的阶段是变质作用阶段。 深层变质作用（压域变质作用）：深层变质作用（压域变质作用）：褐煤处在地下深处，受褐煤处在地下深处，受地热和上覆岩石地热和上覆岩石 的静压力的长期作用，进

12、一步演化成烟煤和无烟煤，这种成煤区域很的静压力的长期作用，进一步演化成烟煤和无烟煤，这种成煤区域很 大，称为大，称为 “压域变质作用压域变质作用”。 岩浆变质作用：岩浆变质作用：当当岩浆岩浆侵入、穿越或靠近煤层和含煤岩系时，受岩浆侵入、穿越或靠近煤层和含煤岩系时，受岩浆 的高温、挥发性气体作用。天然焦的生成。的高温、挥发性气体作用。天然焦的生成。 动力变质作用：动力变质作用：指地指地壳构造变动壳构造变动促使煤发生变质作用，其影响范围不大，促使煤发生变质作用，其影响范围不大， 也没有规律性。也没有规律性。 2.腐植煤的岩相组成腐植煤的岩相组成(不要求不要求) 煤岩学的研究方法有宏观和微观研究法两

13、种：煤岩学的研究方法有宏观和微观研究法两种：a.宏观研究法：宏观研究法： 用用肉眼观察肉眼观察煤的颜色、光泽、断口等来确定煤的颜色、光泽、断口等来确定 煤的煤岩成分，一般可将煤岩成分分为：煤的煤岩成分，一般可将煤岩成分分为：（1）镜煤镜煤 呈黑色，光泽强，适宜炼焦、低温干馏、气化、液化等的原呈黑色，光泽强，适宜炼焦、低温干馏、气化、液化等的原料。料。（2）亮煤亮煤 是煤层中的主要成分，可作为炼焦、气化、液化等的原料。是煤层中的主要成分，可作为炼焦、气化、液化等的原料。（3）暗煤暗煤 呈灰黑色，致密，不宜炼焦，是低温干馏的好原料。呈灰黑色，致密，不宜炼焦，是低温干馏的好原料。（4）丝炭丝炭 外观

14、像木炭，呈灰黑色，不适宜作炼焦和低温干馏等的外观像木炭，呈灰黑色，不适宜作炼焦和低温干馏等的原料和动力燃料，一般不能液化。原料和动力燃料，一般不能液化。 通常按同一断层剖面的通常按同一断层剖面的煤的平均光泽煤的平均光泽程度，程度，将煤分作将煤分作光亮煤，半亮型煤，半暗型煤和暗淡光亮煤，半亮型煤，半暗型煤和暗淡型煤型煤四种宏观煤岩类型：四种宏观煤岩类型：（1）光亮煤）光亮煤 只要由镜煤和亮煤组成只要由镜煤和亮煤组成（2）半亮型煤）半亮型煤 以亮煤为主，由镜煤亮煤和暗煤组成以亮煤为主，由镜煤亮煤和暗煤组成（3）半暗型煤）半暗型煤 由暗煤和亮煤组成，以暗煤为主，有时由暗煤和亮煤组成，以暗煤为主，有时

15、也会有少量镜煤和丝炭也会有少量镜煤和丝炭（4）暗淡型）暗淡型 主要由暗煤组成，有时夹杂少量镜煤，丝主要由暗煤组成，有时夹杂少量镜煤，丝炭透镜体炭透镜体b.煤的微观研究法煤的微观研究法 在在显微镜下观察煤的显微组分显微镜下观察煤的显微组分,可分为可分为（1）凝胶化组分（镜质组），凝胶化组分（镜质组），是由植物茎，叶的木质纤是由植物茎，叶的木质纤维组织，经凝胶化作用形成的各种凝胶体组成。维组织，经凝胶化作用形成的各种凝胶体组成。（2）丝炭化组分（丝质组）丝炭化组分（丝质组） 由木质纤维组织经丝炭化作由木质纤维组织经丝炭化作用形成用形成（3）稳定组分（稳定组或壳质组）稳定组分（稳定组或壳质组） 由植

16、物中化学稳定组由植物中化学稳定组分组成。分组成。三类煤岩显微组分与四种宏观成分之间的关系三类煤岩显微组分与四种宏观成分之间的关系四四.选煤和煤的储存选煤和煤的储存1.选煤选煤 开采出的煤中含有大量杂质。开采出的煤中含有大量杂质。一般原煤均需选煤，将大量一般原煤均需选煤，将大量杂质从煤中除去，选煤厂的杂质从煤中除去，选煤厂的加工工序见图加工工序见图主要工序有：主要工序有： a.原煤准备作业原煤准备作业b.选煤和脱水作业选煤和脱水作业C.煤泥精选回收和洗水澄清作煤泥精选回收和洗水澄清作业业c.生产技术检查生产技术检查d.产品运销作业产品运销作业矿井原煤受煤设施或入场原煤筛分选矸大块矸石选后煤装运破

17、碎入洗原煤洗选和脱水或经原煤质量均匀化设施装运洗矸中煤块精煤未精煤煤泥水装运煤泥回收及洗水澄清浮选精煤脱水或干燥浮选尾煤（损失）循环水装运总精煤装运图2-2-3选煤厂常用的加工程序图原煤准备阶段原煤准备阶段2.2.煤的储存煤的储存 煤在空气中受氧气，水，气温变化的作用下会变质，称煤在空气中受氧气，水，气温变化的作用下会变质，称作煤的作煤的风化风化。风化的煤不仅热值会降低，炼焦和化工应用也。风化的煤不仅热值会降低，炼焦和化工应用也会受到明显的影响，因此煤的储存也相当重要。常用的储存会受到明显的影响，因此煤的储存也相当重要。常用的储存办法有：办法有：（1 1）隔绝空气：煤砖、惰性气体、水、半密闭槽

18、形煤场）隔绝空气：煤砖、惰性气体、水、半密闭槽形煤场 我国多采用煤堆压紧，上面覆盖我国多采用煤堆压紧，上面覆盖50mm50mm黏土，夏天黏土，夏天 喷上一层石灰。喷上一层石灰。（2 2）加强通风散热：如在煤堆中装有风筒以增加通风，能）加强通风散热：如在煤堆中装有风筒以增加通风，能 阻止煤自燃，但不能减缓煤的风化，可用于储存一般阻止煤自燃，但不能减缓煤的风化，可用于储存一般 燃料用煤。燃料用煤。五五.煤炭的综合利用煤炭的综合利用1.泥炭的综合利用途径泥炭的综合利用途径（1）直接利用：）直接利用：做燃料，建筑材料，农用肥料，亦可做工业做燃料，建筑材料，农用肥料，亦可做工业废水废气的处理剂。废水废气

19、的处理剂。（2）化学和生化处理：）化学和生化处理：水解得小分子有机酸，单元或多元水解得小分子有机酸，单元或多元醇，以及葡萄糖等，水解残渣可制活性炭，溶剂抽提得泥炭醇，以及葡萄糖等，水解残渣可制活性炭，溶剂抽提得泥炭蜡，碱液抽提得腐植酸，磺化得离子交换树脂，氨化得优质蜡，碱液抽提得腐植酸，磺化得离子交换树脂，氨化得优质化肥，生化处理可得肥料，饲料，甲烷等化肥，生化处理可得肥料，饲料，甲烷等（3）泥炭热加工）泥炭热加工 可用作汽化，液化，低温干馏的原料。可用作汽化，液化，低温干馏的原料。由由泥炭分出的纤维用金属盐浸渍，经碳化可得金属碳纤维，泥泥炭分出的纤维用金属盐浸渍，经碳化可得金属碳纤维，泥炭也

20、可做活性炭炭也可做活性炭2.褐煤的综合利用途径褐煤的综合利用途径（1）直接利用：）直接利用：用作燃料，肥料，建筑材料，植物生长刺用作燃料，肥料，建筑材料，植物生长刺激剂，吸附剂，铁矿石还原剂。激剂，吸附剂，铁矿石还原剂。（2）褐煤的化学加工：）褐煤的化学加工：用稀硝酸处理可得土壤改良剂，用稀硝酸处理可得土壤改良剂，杀虫剂，用重铬酸钾氧化可得铬腐殖酸，用外钻井泥浆的调杀虫剂，用重铬酸钾氧化可得铬腐殖酸，用外钻井泥浆的调整剂和稳定剂，经水解可得脂肪酸，苯酚等整剂和稳定剂，经水解可得脂肪酸，苯酚等 。（3）褐煤的热加工：）褐煤的热加工： 是气化，液化和炼焦的原料是气化，液化和炼焦的原料，经焙，经焙烧可得碳素材料，经炭化可得活性炭。烧可得碳素材料，经炭化可得活性炭。3.烟煤和无烟煤的综合利用途径烟煤和无烟煤的综合利用途径 烟煤和无烟煤（特别是烟煤）是目前煤炭资源中经济烟煤和无烟煤（特别是烟煤）是目前煤炭资源中经济价值最高的两类煤。价值最高的两类煤。几类煤种的主要利用途径几类煤种的主要利用途径煤煤化化程程度度煤化工范畴的煤加工过程煤化工范畴的煤加工过程： 煤气化、液化和干馏是煤综合利用的主要方法。煤气化：CO、